DE2730774A1 - POWER FACTOR CONTROL SYSTEM FOR AN AC INDUCTION MOTOR - Google Patents

Description

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Leistungsfaktor-Steuerungaayatem für einen Ve chaelatrom-Induktionamotor Power factor control aayatem for a vechael atrom induction motor

Die Erfindung bezieht eich auf ein System zum Steuern der Eingangeleistung eines Notora und speziell auf ein Steuerungssystem, welches die Eingangsleistung einea Wechselatron-Induktionsmotors proportional zur Belastung des Motora einatellt. The invention relates to a system for controlling the Input power of a Notora and specifically to a control system, which is the input power of an alternating Atron induction motor proportional to the load on the motor.

Die vorliegende Erfindung schafft ein elektriaohea System, das, eingeaetzt in den Eingangskreis einea Wechselstrom-Induktionamotors, eine Reduzierung der den Motor zugeführten Leistung zur Folge hat, wenn der Motor entweder bei überhöhter Spannung Und/ oder bei einer Belastung betrieben wird, die geringer iat als die Nennbelaatung·The present invention provides an electrical system that, inserted into the input circuit of an AC induction motor, a reduction in the power supplied to the motor if the motor is either at excessive voltage and / or operated at a load that is less than the nominal load

Daa erfindungsgemäße Syatem iat im Patentanapruoh 1 angegeben· Weiterbildungen desselben sind Gegenstand der Unteransprüche«Since Syatem iat according to the invention specified in patent application 1 Further developments of the same are the subject of the subclaims "

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die dem Motor zügeführte Spannung und der duroh ihn fließende Strom abgetastet, die Phaaenlagen der Abtaatwerte werden miteinander verglichen und ea wird ein Steuersignal daraus abgeleitet, daa dazu verwendet wird, diejenige Zeitdauer zu beatimmen, die während jeder Periode der Veraorgungaapannung der Motor mit Energie veraorgt wird, wobei dieae Einachaltzeiten aich umgekehrt proportional mit der festgestellten Phasendifferenz swlaohen Spannung und Strom verändern, wodurch die Phasendifferenz verändert und auf diese Weise der Leistungsfaktor auf einen optimalen Wert eingestellt wird, der sonst niedriger sein würde als der Optimalwert, der vorliegt, wenn Netzspannung und Motorstrom phasengleich sind·According to the present invention, those fed to the engine The voltage and the current flowing through it are sampled, the phase positions of the values are compared with each other and ea, a control signal is derived therefrom, since it is used to beat the period of time that is during each Period of supply voltage to the motor supplied with energy where the single-action times are inversely proportional to the ascertained phase difference swlaohen voltage and Change current, whereby the phase difference changes and in this way the power factor is set to an optimal value which would otherwise be lower than the optimum value that exists when the mains voltage and motor current are in phase are·

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Die Erfindung soll nachfolgend tint er Bezugnahme auf die Zeichnungen naher erläutert werden· Ea zeigernThe invention is hereinafter referred to as reference Drawings are explained in more detail · Ea point

Fig. 1 ein elektrisches Schaltschema einer Ausführungsfom der Erfindung;Fig. 1 is an electrical circuit diagram of an embodiment the invention;

Fig· 2a - 21 verschiedene Kurvenformen, die die Betriebsweise dea erfindungsgemäßen Steuerungasysteme erläutern aollen, und2a-21 various waveforms illustrating the mode of operation dea explain control systems according to the invention aollen, and

Fig· 3 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem von einem Motor abgegebenen Drehmoment und der aufgenommenen Leistung mit und ohne Einsatz der Erfindung. Fig. 3 is a graph showing the relationship between the torque output by a motor and the power consumed with and without the use of the invention.

Ein Wechselstrom-Induktionsmotor 10 ist an eine Wechselspannung 12 (Flg. 2a) über einen Schalter Ik angeschlossen, welcher den Motor 10 mit dem Wechselstromnetz 16 verbindet· Die Netzspannung wird außerdem einem Transformator 18 und einer Stromversorgungseinrichtung 20 für das erfindungsgemäße Steuerungssystem zugeführt. Ein Triac 22 ist in Serie mit dem Motor 10 geaohaltet und wird für bestimmte Zeitabschnitte einer jeden Halbwelle der Netzspannung in den Einschaltzustand versetzt. Sin Widerstand 2k von 0,01 bis 0,02 0hm ist in Serie mit dem Motor 10 geschaltet und dient dazu, ein Signal 26 (Fig. 2b) zu erzeugen, welohea proportional dem jeweils duroh den Motor fließenden Strom ist. Fig. 2b stellt einen Augenblickezustand unmittelbar naoh dem Inbetriebsetzen dea Motors dar mit einem anfänglich optimalen Spannungs/Lastverhältnis, wodurch der Triao 22 voll geöffnet wird und wo später die Belastung im wesentlichen abnimmt. Die anfängliche Phasendifferenz 28 zwischen Strom und Spannung für diesen optimalen Betriebszustand iat von Motor zu Motor verschieden und muß für jeden Motor, der mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem ausge-An alternating current induction motor 10 is connected to an alternating voltage 12 (Fig. 2a) via a switch Ik , which connects the motor 10 to the alternating current network 16. The mains voltage is also fed to a transformer 18 and a power supply device 20 for the control system according to the invention. A triac 22 is connected in series with the motor 10 and is switched to the switched-on state for certain time segments of each half-wave of the mains voltage. Sin resistance 2k from 0.01 to 0.02 ohms is connected in series with the motor 10 and is used to generate a signal 26 (FIG. 2b) which is proportional to the current flowing through the motor. Fig. 2b shows a momentary state immediately after starting the engine with an initially optimal voltage / load ratio, whereby the Triao 22 is fully opened and where later the load essentially decreases. The initial phase difference 28 between current and voltage for this optimal operating state is different from motor to motor and must be for each motor that is equipped with the control system according to the invention.

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rüstet werden soll, vorher bestimmt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die ursprüngliche optimale Phasendifferenz 28 ungefähr 30° und ein Potentiometer 78 wird so eingestellt, daß sich ein Nullfehler-Ausgangssignal für die Steuerung des Einschaltzeitpunktes des Triacs 22 so ergibt, daß der Phasenwinkel später auf diesen Optimalwert (oder einen gewünschten anderen) eingestellt wird. Das Auftreten eines größeren Phasenwinkels 28a zum Zeitpunkt T₁ zeigt eine plötzliche Abnahme der Motorbelastung an. Die Feststellung dieser Phasenwinkelvergrößerung wird, wie später erläutert, dazu benutzt, die mittlere Amplitude der dem Motor zugeführten Spannung zu reduzieren und so einen vorbestimmten optimalen Phasenwinkel zu erhalten.should be prepared in advance. In the present example, the original optimal phase difference 28 is approximately 30 ° and a potentiometer 78 is set in such a way that a zero error output signal for controlling the switch-on time of the triac 22 results in such a way that the phase angle is later adjusted to this optimal value (or another desired value). is set. The occurrence of a larger phase angle 28a at time T ₁ indicates a sudden decrease in the engine load. As will be explained later, the determination of this phase angle increase is used to reduce the mean amplitude of the voltage supplied to the motor and thus to obtain a predetermined optimum phase angle.

Der Transformator 28 weist eine Sekundärwicklung mit einer Mittenanzapfung 32 auf, welche geerdet ist und welcher gegenüber zwei einander gegenpolige Spannungen erzeugt werden, die zwei Kurvenformern Jk und 36 zugeführt werden, die aus dem Sinus- einen Rechteckverlauf machen. Vie aus den Figuren 2o und 2d ersichtlich, entstehen zwei einander gegenpolige Reohteeksohwingungen 38 und kO_t die in Sägezahngeneratoren k2 und kk in Sägezahnsohwingungen umgewandelt werden« Die Ausgänge der Sägemahngeneratoren sind zusammengefaßt, so daß sich eine Sägezahnsehwingung ergibt, wie sie in Fig· 2k dargestellt ist, welche die doppelte Frequenz wie die der Reohteoksohwlngungen 38 und kO aufweist. Die Schwingung 38 wird auch als Referenzsignal verwendet, welches die Phasenlage der Netzspannung angibt und einem Vervielfacher k8 zugeführt wird, der als Phaeendetektor arbeitet und an seinem zweiten Eingang ein Signal 50 (Fig. 2g) erhält, welches die Phasenlage des Stromes aufweist· Das dem Strom entsprechende, am Widerstand 2k abgenommene Spannungssignal 26 wird über einen Trenntransformator 52 geleitet und einem Kurvenformer 54 zugeführt, weloher ausThe transformer 28 has a secondary winding with a center tap 32 which is grounded and which is opposite to two oppositely polarized voltages generated which are fed to two curve formers Jk and 36 which turn the sine wave into a square wave. As can be seen from FIGS. 2o and 2d, two oppositely polarized Reohteekohwignale 38 and kO _t which are converted in sawtooth generators k2 and kk into sawtooth oscillations which has twice the frequency as that of the Reohteoksohwlngungen 38 and kO . The oscillation 38 is also used as a reference signal, which indicates the phase position of the mains voltage and is fed to a multiplier k8 , which works as a phase detector and receives a signal 50 (Fig. 2g) at its second input, which shows the phase position of the current The voltage signal 26 corresponding to the current, picked up at the resistor 2k , is passed through an isolating transformer 52 and fed to a curve shaper 54, whichever way out

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ihm eine Rechtecksehwingung 56 (Fig. 2e) erzeugt. Diese Rechteokachwlngung wird in einem Differenzierglied 58 differenziert, welches Nadelimpulse 60 erzeugt, die in Fig. 2f dargestellt sind· Diese negativen Impulse, die von den Abfallflanken der Rechteokschvlngung 56 abgeleitet werden, werden als Triggerimpulse für einen monostabilen Multivibrator (Monoflop) 62 verwendet, mit welchem eine Rechteoksohwingung 50 erzeugt wird, die in Fig. 2g dargestellt ist· Diese Rechteekschwingung beginnt sum Zeitpunkt des Flankenabfalls oder Nulldurchgangs des dem Strom entsprechenden Signals 26 (Fig· 2b) und hat eine Einschaltzeitdauer, die von der Zeitkonetanten des Monoflops 62 bestimmt ist· Letztere 1st so eingestellt, daß sie der Lange einer Halbperlode der Netzspannung entspricht· Auf diese Weise wird ein Reohteok-Stromsignal erzeugt, welches von gleicher Dauer ist wie eine Halbschwingung der Spannungeverlauf e 12, 38 und kO und welche in eine zeitliche Lage verschoben 1st, welche von der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung abhängt, weil es genau am Ende einer Halbschwingung des dem Strom entsprechenden Signale beginnt, welches entsprechend der Phasenverschiebung gegenüber dem Spannungssignal zeltversohoben ist*generates a square wave 56 (FIG. 2e) for it. This square wave is differentiated in a differentiator 58, which generates needle pulses 60, which are shown in FIG which a square-wave oscillation 50 is generated, which is shown in FIG. The latter is set so that it corresponds to the length of a half-cycle of the mains voltage.In this way, a Reohteok current signal is generated, which is of the same duration as a half-oscillation of the voltage curves e 12, 38 and kO and which is shifted to a temporal position, which depends on the phase difference between current and voltage, because it begins exactly at the end of a half-oscillation of the signal corresponding to the current, which is shifted according to the phase shift with respect to the voltage signal *

Der Phasendetektor k8 multipliziert die Schwingung 38 (Fig. 2o) mit der Schwingung 50 (Fig· 2g) und ergibt somit eine Ausgangssohwingung 6k, wie sie in Fig· 2h dargestellt ist· Dieses Ausgangssignal 6k wird im Integrator 66 integriert und umgepolt· Ohne diese Umpolung würde die Aus gangs spannung des Integrators 66 maximal sein, wenn keine Phasenverschiebung vorhanden 1st, und minimal sein, wenn die Phasenverschiebung den Höchstwert Erreicht. Um die notwendige Umkehrung im Vorzeiohen zu erzielen, wird einem Eingang des Integrators 66 eine Vergleiche-Spannung v-, zugeführt, die im Integrator vom Aus gangs signal des Phasendetektors k8 abgezogen wird· Die integrierte Ausgangs·The phase detector k8 multiplies the oscillation 38 (FIG. 2o) by the oscillation 50 (FIG. 2g) and thus results in an output oscillation 6k as shown in FIG. 2h. This output signal 6k is integrated in the integrator 66 and polarized without this Polarity reversal would be the output voltage of the integrator 66 at a maximum when there is no phase shift, and at a minimum when the phase shift reaches the maximum value. In order to achieve the necessary inversion in advance, an input of the integrator 66 is supplied with a comparison voltage v-, which is subtracted in the integrator from the output signal of the phase detector k8.

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spannung des Integrators 66 hat den Verlauf 68 (Figuren 21 und 2j). Dessen Größe variiert direkt mit dem Phasenwinkel· Je größer der Phasenwinkel ist, umso größer ist der Systemfehler, der korrigiert werden muß. Die Spannung 68a nach dem Zeltpunkt T₂ des Integrators 66, die proportional dem Phasenwinkel ist, wird dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 70 zugeführt« Dem gleichen Eingang wird auch eine entgegengesetzt gepolte Phasenwinkel-Steuerspannung 69 (Fig. 21) zugeführt, welohe von einem Spannungsteiler 78 abgegriffen und über einen Widerstand 76 zugeleitet wird· Der Spannungsteiler 78 ist so eingestellt, daß er eine Ausgangsspannung abgibt, die einem gewünschten, einzuhaltenden Phasenwinkel entspricht· Venn das System mit einem solchen vorgegebenen Phasenwinkel arbeitet, dann würde die Ausgangsspannung des Integrators gleich der vom Potentiometer 78 vorgegebenen Spannung, Jedoch von umgekehrtem Vorzeichen sein, ein Zustand, der in Fig· 2j ab dem Zeitpunkt T₂ gegeben 1st· Aufgrund des höheren Ausgangssignals 64a vom Phasendetektor 48 aufgrund eines entsprechend höheren Phaeenwlnkels 28 wächst die Aus gangsspannung des Integrators 66 negativ auf den Vert 68a an· Es würde daher eine Netto-Nullfehlerspannung 71 (Fig. 2J) dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 70 zugeführt· Für die angegebene, den vorgegebenen Phasenwinkel übersteigende Phasenverschiebung würde sieh schließlich ein negatives Fehlersignal 71* ergeben, das dem genannten Eingang, wie gezeigt, zugeführt wird· Venn dies auftritt, dann erzeugt der hochverstärkende Operationsverstärker 70 ein verstärktes Fehlerslgnal 73a (Fig. 21), welehes einem Komparator 102 zugeführt wird, damit die SInsohaltzelt des Triao 22 herabgesetzt wird, wodurch sieh der optimale, vorbeotimmte Phasenwinkel ergibt· Dies vollzieht sich im Zeitabschnitt zwischen T₂ und T. (Flg. 2b).The voltage of the integrator 66 has the curve 68 (FIGS. 21 and 2j). Its size varies directly with the phase angle. The larger the phase angle, the greater the system error that must be corrected. The voltage 68a after the instant T _{2 of} the integrator 66, which is proportional to the phase angle, is fed to the negative input of an operational amplifier 70. An oppositely polarized phase angle control voltage 69 (FIG. 21), which is supplied by a voltage divider, is also fed to the same input 78 is tapped and fed through a resistor 76 · The voltage divider 78 is set so that it emits an output voltage which corresponds to a desired phase angle to be maintained be potentiometer 78 predetermined voltage, but of opposite sign, a condition of the 1st shown in FIG · 2j from the time T ₂ * due to the higher output signal 64a from the phase detector 48 due to a correspondingly higher Phaeenwlnkels 28 that grows out output voltage of the integrator 66 a negative effect on the vert 68a at · It would therefore a net zero error voltage 71 (Fig. 2J) fed to the negative input of the operational amplifier 70.For the specified phase shift exceeding the specified phase angle, a negative error signal 71 * would ultimately result, which is fed to the named input as shown.If this occurs, the high-gain operational amplifier 70 generates an amplified error signal 73a (Fig. 21), which is fed to a comparator 102 so that the SInsohaltzelt of the Triao 22 is reduced, resulting in the optimal, predetermined phase angle. This takes place in the time interval between T ₂ and T (Fig. 2b ).

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sieherzustellen, daß der Motor 10 nach de« Einschalten sehr sohneil anläuft und das dazu notwendige Maximale Dreh-■osient entwickelt, ist das Ansprechen des St eue rungs sys tens gemäß der vorliegenden Erfindung au Anfang verzögert. Diese Verzögerung wird durch einen Verzögerungskreis 80 bewirkt, der aus einem Kondensator 82 und eines Widerstand 84 besteht und zwischen einen Ausgang des über den Schalter Ik einzuschaltenden Netzgeräts 20 und den positiven Eingang des Operationsverstärkers 7O eingeschaltet ist. Der Anfangsladestrom ist durch den Widerstand 8k so eingestellt, daß am Widerstand 8k für eine Zeit von einigen Sekunden oder länger, Je nach Anwendungsfall, eine höhere Spannung ansteht als am negativen Eingang des Operationsverstärkers 70· Ein Rückkopplungskreis aus einem Widerstand 86 und einem Kondensator 88, die parallel zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 70 und dessen negativen Eingang eingeschaltet sind, siohert die notwendige Verstärkung und Dämpfungsfrequenz, die fttr die Stabilität des Systems erforderlich sind.To ensure that the motor 10 starts up very quickly after being switched on and develops the maximum rotational osient required for this, the response of the control system according to the present invention is initially delayed. This delay is brought about by a delay circuit 80, which consists of a capacitor 82 and a resistor 84 and is connected between an output of the power supply unit 20 to be switched on via the switch Ik and the positive input of the operational amplifier 70. The initial charging current is set by the resistor 8k in such a way that the resistor 8k has a higher voltage than the negative input of the operational amplifier 70 for a period of a few seconds or longer than the negative input of the operational amplifier 70. which are connected in parallel between the output of the operational amplifier 70 and its negative input, provide the necessary amplification and damping frequency which are necessary for the stability of the system.

Der Triac 22 wird durch ein Steuersignal eingeschaltet, das ihm von der Sekundärseite eines Transformators 90 zugeführt wird· Dieses Steuersignal ist ein hochfrequentes Signal, welches von einem Oszillator 92 erzeugt und der Primäraeite des Transformators 9O über einen elektronischen Schalter 9k zugeführt wird· Ober die Primärwioklung des Transformators 1st eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 96 und einer Diode 98 gelegt, die Induktionsspannungen auf ein Niveau herabdrüoken, welches von den verwendeten Halbleitern vertragen wird« Dmr elektronische Schalter 9k wird durch Impulse 100 getriggert, die in Fig. 21 dargestellt sind und die Einschalt· zelt des Oszillators 92 darstellen. Diese Impulse stammen aus dem Komparator 102 und werden in Übereinstimmung mit der Säge· zahnsohwingung k6 (rig. 2k) und dem Steuersignal 73 (Flg. 2k)The triac 22 is switched on by a control signal which is supplied to it from the secondary side of a transformer 90.This control signal is a high-frequency signal which is generated by an oscillator 92 and is supplied to the primary side of the transformer 9O via an electronic switch 9k via the primary winding The transformer is connected in series with a resistor 96 and a diode 98, the induction voltages are reduced to a level which is tolerated by the semiconductors used. The electronic switch 9k is triggered by pulses 100, which are shown in FIG · Represent the tent of the oscillator 92. These pulses come from the comparator 102 and are generated in accordance with the sawtooth oscillation k6 (rig. 2k) and the control signal 73 (Flg. 2k)

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erzeugt. Die Impulse 100 aus den Komparator 102 entstehen immer dann, wenn die Spannung des Steuersignals 73 diejenige der Sägezahnschwingung 46 übersteigt. Auf diese Weise wird im vorliegenden Beispiel am Ausgang des Operationsverstärkers 70 zu Beginn eine positive Maximalspannung erzeugt und die Impulse 100 haben eine 100 #ige Einschaltzeit über die gesamte Periode der Sägezahnschwingung· Hierdurch wird der Oszillator 92 eingeschaltet und auch der Triac 22 ist für die gesamte Periode der Spannung 30 (Fig. 2b) eingeschaltet· Es sei angenommen, daß dies einige Sekunden lang erfolgt bis zum Zeitpunkt T₁, zu welchem die Motorbelastung auf nahezu Null abfällt. Venn dies auftritt, dann steigt der Phaaenuntersohied 28 auf den größeren Wert 28a an, wodurch der Kurvenverlauf 50 (Fig· 2g) nach rechts verschoben wird« Dies wiederum hat eine größere Impulsbreite der Ausgangsimpulse 6k des Phasendetektors k8 (im Zeitpunkt T.) zur Folge. Am Integrator 66 entsteht hierdurch eine vergrößerte Ausgangespannung, welche von einem Nullniveau (Niveau 71) Auf ein bestimmtes negatives Niveau (Niveau 71a) wechselt, wie es in Fig· 2j dargestellt ist. Der Operationsverstärker 70 gibt daher ein verstärktes weniger positives Ausgangssignal 73a ab, das zum Zeitpunkt T beginnt (Fig. 2k). Bei dessen Auftreten gibt der Komparator 102 kürzere Impulse 100a an den elektronischen Schalter 9k, so daß der Triac 22 für kürzere Zeitdauern in den Einschaltzustand versetzt wird, so daß er nur für einen Teil 30a der vollen Schwingungsperiode 30 eingeschaltet wird.generated. The pulses 100 from the comparator 102 arise whenever the voltage of the control signal 73 exceeds that of the sawtooth oscillation 46. In this way, in the present example, a positive maximum voltage is generated at the beginning of the output of the operational amplifier 70 and the pulses 100 have a 100-fold switch-on time over the entire period of the sawtooth oscillation Period of voltage 30 (Fig. 2b) on. _{Assume that this takes place for a few seconds until time T 1} , at which the motor load drops to almost zero. When this occurs, the phase difference 28 rises to the larger value 28a, as a result of which the curve profile 50 (FIG. 2g) is shifted to the right. This in turn results in a larger pulse width of the output pulses 6k of the phase detector k8 (at time T.) . This results in an increased output voltage at the integrator 66, which changes from a zero level (level 71) to a specific negative level (level 71a), as shown in FIG. 2j. The operational amplifier 70 therefore emits an amplified, less positive output signal 73a which begins at time T (FIG. 2k). When this occurs, the comparator 102 sends shorter pulses 100a to the electronic switch 9k, so that the triac 22 is switched to the switched-on state for shorter periods of time, so that it is switched on only for a part 30a of the full oscillation period 30.

Der dem Motor 10 zugeführte Spannungsverlauf 30 erfährt zwischen den Zeitpunkten T. und T- eine Veränderung« Ausgehend von einem ursprünglichen Phasenwinkel 28 steigt er auf einen Phasenwinkel 28a an und wird dann auf den Phasenwinkel 28 zurüokgefUhrt, wobei aus vollen Spannungsperioden 30, die dem Motor zugeführt werden, extrem kurze Teilperioden 30a werden. Die VerschiebungThe voltage curve 30 supplied to the motor 10 experiences between the times T. and T- a change «starting from one original phase angle 28, it rises to a phase angle 28a and is then traced back to the phase angle 28, whereby from full voltage periods 30, which are supplied to the motor, become extremely short sub-periods 30a. The postponement

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d·· Phasenwinkel· hat dies notwendig gemaoht, via den vorgegebenen Optimalwinkel zwischen Spannung und Strom und somit den ursprünglichen Leistungsfaktor wiederzugewinnen· Venn dies nioht durchgeführt wird, dann steigt der Phasenwinkel sehr stark an und nimmt der Leistungsfaktor sehr stark ab, was au einem Energieverlust führt.d ·· phase angle · made this necessary, via the given Optimal angle between voltage and current and thus recover the original power factor · Venn this is not carried out, then the phase angle increases increases very sharply and the power factor decreases very sharply, resulting in a loss of energy.

In Fig* 3 ist der Prosentanteil der vollen Leistung über den Prosentanteil der vollen Belastung oder des Drehmoments des Meters aufgetragen, wobei die Linie 112 den Zustand unter Anwendung der Erfindung und die Linie 110 den Zustand ohne Anwendung der Erfindung darstellt* Der schraffierte Bereioh zwischen den beiden Linien zeigt die Energie an, die man duroh den Einsatz der Erfindung spart.In Fig * 3, the Prosenteil the full achievement over the Prosentation of full load or torque of the meter plotted with line 112 showing the state below Application of the invention and the line 110 represents the state without application of the invention * The hatched area between the two lines indicates the energy saved by using the invention.

Obgleich die Erfindung hier an einem Einphasenmotor gezeigt ist, sei doch betont, daß Ale auch bei mehrphasigen Motoren anwendbar ist« Bei einem Drehphasenmotor müssen beispielsweise drei der in Pig. 1 dargestellten Steuerungssysteme verwendet werden, Je eines für jede Phase, wobei bei Sternsohaltung gegen den Nulleiter als Bezugspunkt gearbeitet wird· In Dreieckschaltung ist es notwendig, einen Triac und einen zum Gewinnen eines vom Strom abhängigen Signals notwendigem Widerstand in Serie mit Jeder Wicklung des Motors zu sehalten und die Referenzspannung für die Steuerungseinrichtung erhalt man über die zwei Eingangsklemmen der entsprechenden Wicklung·Although the invention is shown here on a single-phase motor is, it should be emphasized that ale is also used in multi-phase motors is applicable «For a rotary phase motor, for example three of those in Pig. 1 are used, one for each phase, with a star attitude against the neutral as a reference point is worked · In delta connection it is necessary to use a triac and one necessary for obtaining a current dependent signal Resistance in series with each winding of the motor and the reference voltage for the control device can be obtained via the two input terminals of the corresponding Winding

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Claims (1)

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS Ο-β MÜNCHEN aa ■ WIDENMAYERSTRASSE 4» D-I BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE ββΟ-β MUNICH aa ■ WIDENMAYERSTRASSE 4 »D-I BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE ββ BERLIN: DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BÖRNERBERLIN: DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BORNER NATIONAL AERONAUTICS AND München: dipl.-ινθ. hans-heinrich weyNATIONAL AERONAUTICS AND Munich: dipl.-ινθ. hans-heinrich wey SPACE ADMINISTRATION dipl.-inq. ekkeharo körnerSPACE ADMINISTRATION dipl.-inq. ekkeharo grains Washington, D.C. 205^6/USAWashington, D.C. 205 ^ 6 / USA 28 76228 762 AnsprücheExpectations Λ Leistungefaktor-Steuerungesystem für einen Wechselstrom-Induktionsmotor, bestehend ausΛ Power factor control system for an AC induction motor, consisting of a) einer Stromabtasteinrichtung mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, in den Stromkreis jeder Phasenwieklung des Motors eingeschaltet zu werden und eina) a current sensing device with means which are adapted to oscillate in the circuit of each phase of the motor to be turned on and on · Weehselstromausgangssignal abzugeben, das mit dem Strom durch die entsprechende Phasenwicklung gleichphasig ist, To provide alternating current output signal that is in phase with the current through the corresponding phase winding, b) einer Spannungsabtasteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Spannung einer elektrischen Eingangsgröße an der Wicklung festzustellen und ein Ausgangssignal abzugeben, das mit der Spanung über der Wicklung gleich· phasig ist,b) a voltage sensing device which is set up to measure the voltage of an electrical input variable on the winding and an output signal output that is in phase with the voltage across the winding, c) einen Phasendetektor, der auf die Ausgangesignale von Stromabtasteinrichtung und Spannungsabtasteinrichtung anspricht und ein Ausgangssignal abgibt, das sioh mit der Phasendifferenz ändert, undc) a phase detector, which is based on the output signals of Current sensing device and voltage sensing device responds and emits an output signal that sioh with the phase difference changes, and 709884/075«709884/075 « MÜNCHEN: TELEFON (OBtI) 225585 BERLIN: TELEFON (O3O) 8313Ο88MUNICH: TELEPHONE (OBtI) 225585 BERLIN: TELEPHONE (O3O) 8313Ο88 KABEL: PROPINDUS · TELEX O5 24 344 KABEL: PROPINDUS -TELEX Ο184Ο57CABLE: PROPINDUS TELEX O5 24 344 CABLE: PROPINDUS -TELEX Ο184Ο57 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED d) einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, elektrisch in Serie mit jeder Wicklung des Motors geschaltet zu werden und auf das Ausgangssignal des Phasendetektors anzusprechen, um die Länge der Einschaltzeit jeder Periode der Eingangsleistung der Wicklung umgekehrt proportional zur Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung zu verändern«d) a controller adapted to be electrically in series with each winding of the motor to be switched and to the output signal of the To respond to the length of the switch-on time of each period of the input power of the Change the winding inversely proportional to the phase difference between current and voltage « 2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabtasteinrichtung aus einem mit einer Motorwicklung in Serie geschalteten Widerstand und einer Einrichtung zum Erzeugen eines den Spannungsabfall über den Widerstand proportionalen Ausgangssignals besteht.2. Control system according to claim 1, characterized in that that the current sensing device consists of a resistor connected in series with a motor winding and a There is a device for generating an output signal proportional to the voltage drop across the resistor. 3· Steuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabtasteinrichtung aus einer Einrichtung zum Erzeugen eines Rechteokimpuls-Ausgangssignals mit einer der der Motorwicklung zugeführten Spannung entsprechenden Frequenz besteht und die Stromabtasteinrichtung einen mit dem Widerstand verbundenen Reehteekimpulsgenerator umfaßt, welcher Impulse liefert, deren Länge und Höhe denen der Impulse der Spannungsabtasteinrichtung gleichen, und daß jeder Impuls aus dem Impulsgenerator eine Flanke aufweist, welche mit einem Nulldurchgang der Spannung über dem Widerstand zeitlich zusammenfällt.3 control system according to claim 2, characterized in that that the voltage sensing means comprises means for generating a square pulse output signal with a voltage corresponding to the voltage supplied to the motor winding Frequency exists and the current sampling device a Reehteek pulse generator connected to the resistor which supplies pulses whose length and height match those of the pulses of the voltage sensing device equal, and that each pulse from the pulse generator has an edge which with a zero crossing of the Voltage across the resistor coincides in time. k. Steuerungssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor eine Einrichtung zum Vervielfachen der Amplituden der ihm zugeführten Reohteckimpulse von Spannungsabtasteinrichtung und Stromabtasteinrichtung aufweist. k. Control system according to Claim 3 »characterized in that the phase detector has a device for multiplying the amplitudes of the square-wave pulses supplied to it from the voltage sensing device and the current sensing device. 709884/07Si709884/07 Si 5. Steuerungssystem nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung umfaßt5. Control system according to claim k, characterized in that the control device comprises a) eine Einrichtung, welche auf die an der Wicklung des Induktionsmotors anliegende Spannung anspricht und eine Sägezahnschwlngung mit gegenüber besagter Spannung doppelter Frequenz erzeugt,a) a device which responds to the voltage applied to the winding of the induction motor and generates a sawtooth oscillation with twice the frequency of the said voltage, b) einen Impulsgenerator, welcher auf einen Vergleichswert zwischen der Sägezahnspannung und dem Ausgangesignal des Phasendetektors anspricht und Ausgangsnadel· impulse hoher Frequenz abgibt, von welchen die Impulsbreite proportional der Zeit ist, während welcher das Ausgangssignal des Phasendetektors in einer vorgegebenen Richtung von der Augenblickegröße der Sägezahnsohwingung abweicht, undb) a pulse generator, which is based on a comparison value between the sawtooth voltage and the output signal of the phase detector responds and output needle emits high-frequency pulses, the pulse width of which is proportional to the time during which the Output signal of the phase detector in a predetermined direction from the instantaneous magnitude of the sawtooth oscillation deviates, and c) eine Schalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in den Wioklungsstromkreis des Induktionsmotor eingeschaltet zu werden und auf den Impulsgenerator anzusprechen, um die Breite der Halbperioden der der Motorwloklung zugeführten Antriebsenergie in Übereinstimmung mit der Breite der Nadelimpulse zu variieren·c) a switching device which is set up to be switched into the winding circuit of the induction motor to be and to respond to the pulse generator to the width of the half periods of the Motorwloklung supplied drive energy in accordance to vary with the width of the needle pulses 709884/0758709884/0758